Из  предложенных усилителей лучшими характеристиками обладает AD8221, поэтому выберем его.

Его схема:

Рис. 8. Инструментальный усилитель канала регистрации сигнала ЭЭГ.

10.2. Выбор операционных усилителей.

 Основные  критерии выбора операционного усилителя:

• Минимальная стоимость.
• Плотность шума входного напряжения < 20 нВ/√Гц.
• Напряжение смещения < 500 мкВ.

 Выберем ОУ для  синтеза аналогового фильтра  и схемы компенсации кабеля:

 

    Из  предложенных ОУ наилучшими характеристиками обладает операционный усилитель AD8655 фирмы Analog Devices, поэтому выберем его.

      

3. Расчет фильтра.

    Общий коэффициент усиления всей схемы  должен обеспечивать усиление с 100 мкВ  до 60 мВ.  Таким образом, необходимо собрать схему с коэффициентом  усиления 600.  Разобьем его на две части.  6 – коэффициент усиления ИУ, 100 – коэффициент усиления системы фильтров.

    Для обеспечения необходимых условий  возможно построить фильтр по методике описанной в книге «Справочник  по активным фильтрам» [2].  Ниже представлен расчет ФНЧ и ФВЧ, и АЧХ системы фильтров, собранных вместе. 

    Возможен вариант с понижением порядка фильтра, но тогда характеристика не будет удовлетворять необходимым нам требованиям. Попробуем реализовать другую схему, наиболее простую в реализации. Будем опираться на принципиальную схему эллиптического фильтра верхних частот на ИНУН.

Рис. 14. Принципиальная схема фильтра. 

    Цепочки R₃₀-C₁₃ и R₃₄-C₁₆ служат фильтром верхних частот с частотой среза 0,25Гц. Емкость С₁₄, которая включена в цепь обратной связи усилителя, и цепочка R₃₃-C₁₅ выполняет функцию фильтра нижних частот с частотой среза 150 Гц. Также в этом фильтре происходит усиление поступающего на его вход сигнала на 40 дБ с помощью резисторов R₂₃-R₃₁. Его АЧХ выглядит данным образом:

Рис. 15. АЧХ фильтра. 

    Упростив  схему, мы добились практически такой  же АЧХ фильтра, и значительной дешевизны  данной схемы.

12. Моделирование всей схемы.

12.1. Моделирование работы  с тестовым сигналом.

    Для начала рассмотрим АЧХ рассчитанного  фильтра в зависимости от вариации значений. Задаем разброс значений в соответствии с данными элементов.

    

Рис. 18. Изменение характеристики фильтра из-за разброса значений. 

    Из  полученной графической зависимости  несложно заметить, что при изменении  значений емкостей и резисторов, входящих в систему фильтров, характеристики фильтра меняются незначительно, что соответственно не повлечет за собой грубых ошибок в работе.

    Рассчитав все части, промоделируем работу входного каскада на «идеальных» элементах с тестовым сигналом, чтобы убедиться в том, что схема выполняет поставленную задачу.

Рис. 19. Сигнал на входе канала регистрации. 

Рис. 20. Сигнал на выходе канала регистрации.

     Выделим максимальное и минимальное значение сигнала на идеальных элементах, чтобы потом оценить разброс значений.

Рис. 21. Сигнал на выходе канала регистрации. 

     Известно, что идеальных элементов не существует, поэтому проверим работоспособность  схемы для различных вариаций значений переменных. Сигнал на входе  будет таким же, как на рис.19. Для  удобства сравнения будем приводить только результат работы схемы.

• Изменение параметров в системе «Кабель пациента».

Рис. 22. Сигнал на выходе канала регистрации в результате изменения значений элементов. 

   Отклонение  от «идеального» значения не превышает 0,3%. Можно, исходя из этого, сказать, что  система «кабель пациента» не влияет на передачу сигнала.

• Изменение параметров в системе фильтрации.

Рис. 23. Сигнал на выходе канала регистрации в результате разброса номиналов элементов в системе фильтрации.

   Сравнив с «идеальным значением», убедимся в том, что разброс значений находится  в пределах 8…9%.

• Изменение параметров в инструментальном усилителе.

Рис. 24. Сигнал на выходе канала регистрации при разбросе значений сопротивлений в ИУ.

  

     Разброс значений не превышает 4 %.

Рис. 25. Сигнал на выходе канала регистрации при разбросе значений входных токов в ИУ. 

      Проанализировав работу схемы с помощью тестового сигнала, можем сказать, что разбросы номиналов схемы, присущие элементам, не вносят больших погрешностей в формирование выходного сигнала. 
 
 
 
 
 

13. Список использованной литературы.

 

1. В. А. Карпухин, Радиоэлектронные устройства медицинского назначения, М., Издательство МГТУ им. Баумана, 1999
2. Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Д. Мур, Справочник по активным фильтрам, М., Энергоатомиздат, 1983
3. В. А. Карпухин, Биотехнические основы проектирования усилителей электрофизиологических сигналов, М., Издательство МГТУ им. Н Э Баумана, 1994.
4. Материалы кафедры клинической нейрофизиологии, http://www.neurophysiology.ru/
5. Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники» М.: Мир, 1993.
6. Алексенко А. Г., Коломбет Е. А., Стародуб Г. И. «Применение прецизионных аналоговых микросхем» М.: Радио и связь, 1985.
7. www.neurosoft.fi.
8. www.eeg.fi.